EP4208299A1 - Schlagzylinder - Google Patents

Schlagzylinder

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Publication number
EP4208299A1
EP4208299A1 EP21810944.5A EP21810944A EP4208299A1 EP 4208299 A1 EP4208299 A1 EP 4208299A1 EP 21810944 A EP21810944 A EP 21810944A EP 4208299 A1 EP4208299 A1 EP 4208299A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
compressed air
impact
flange
impact cylinder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP21810944.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP4208299B1 (de
Inventor
Michael KRÜHSEL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rosink Werkstaetten GmbH
Original Assignee
Rosink Werkstaetten GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rosink Werkstaetten GmbH filed Critical Rosink Werkstaetten GmbH
Publication of EP4208299A1 publication Critical patent/EP4208299A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4208299B1 publication Critical patent/EP4208299B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28G—CLEANING OF INTERNAL OR EXTERNAL SURFACES OF HEAT-EXCHANGE OR HEAT-TRANSFER CONDUITS, e.g. WATER TUBES OR BOILERS
    • F28G7/00—Cleaning by vibration or pressure waves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D9/00—Portable percussive tools with fluid-pressure drive, i.e. driven directly by fluids, e.g. having several percussive tool bits operated simultaneously
    • B25D9/06—Means for driving the impulse member
    • B25D9/08—Means for driving the impulse member comprising a built-in air compressor, i.e. the tool being driven by air pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/18—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency wherein the vibrator is actuated by pressure fluid

Definitions

  • the invention relates to an impact cylinder for cleaning furnaces or heat exchangers, in particular for removing deposits on the built-in components.
  • Such a percussion cylinder comprises a cylindrical piston jacket, which encloses an inner piston chamber, is closed at a front end by a front plate or by a front percussion cylinder plate and at a rear end by a cylinder cover or by a rear percussion cylinder plate.
  • a piston is arranged in the stationary piston chamber so that it can move relative to it and can be moved longitudinally along a longitudinal axis between a front impact position and a rear rest position.
  • the piston divides the piston chamber into a front chamber facing the front impact cylinder plate and a rear chamber facing the rear impact cylinder plate.
  • a fluid preferably compressed air
  • An elastic control membrane which forms a valve, controls whether the compressed air reservoir is filled with compressed air or whether the piston is actuated, i.e. an impact is carried out, depending on the compressed air applied via the connection.
  • an anvil, a percussion rod or the like is accommodated in a relatively movable manner, on which the piston strikes when the percussion is triggered in the percussion position.
  • a compression spring compressed by the impact and extending between the front impact cylinder plate and a front side of the piston in the front chamber moves the piston back into the rear rest position.
  • Such a percussion cylinder is known, for example, from the patent DE 10 2009 051 089 B4 of the applicant's predecessor company.
  • the percussion cylinder includes an inner, cylindrical piston inner jacket, which encloses an inner piston chamber in which a piston is mounted so that it can move along a longitudinal axis between a forward percussion position and a retracted rest position.
  • the inner piston skirt is bordered or surrounded by a coaxially arranged, cylindrical outer piston skirt, so that an annular space is formed between the inner piston skirt and the outer piston skirt, which acts as a ring accumulator.
  • the compressed air flows through a connection past a flexible control membrane, which closes access to the piston chamber, past the surrounding ring accumulator.
  • the compressed air reservoir serves to absorb and collect the fluid flowing in via the connection, preferably compressed air, and then, after releasing an impact through the shut-off valve with the control membrane, to allow it to flow directly into the rear chamber of the piston chamber. thus throwing the piston against the anvil in the front impact cylinder plate, compressing the compression spring, so that the impact is released on impact. The piston is then pushed back into the rear end of the piston chamber moves to the rear rest position. Then the process starts again and the compressed air reservoir is again filled with fluid, preferably compressed air.
  • the air escapes at the connection.
  • the pressure conditions change in such a way that the control membrane deforms and releases access to the rear chamber of the piston chamber.
  • the control membrane blocks the outlet of the compressed air in the compressed air accumulator designed as a ring accumulator via the connection .
  • the deformation of the control diaphragm opens the way to a rear chamber of the piston chamber.
  • Such an impact cylinder is used, for example, to remove smoke gas residues in smoke gas cleaning systems, for which purpose the impact cylinder is arranged on the outside of a smoke gas duct and the impact cylinder hits the outside of the smoke gas duct with its impact rod or anvil, in order to remove deposits from the inside to be replaced, which significantly reduce the efficiency of systems .
  • the design described requires the inner shell and this enclosing outer shell to create the annular space.
  • the structure is relatively complex.
  • the known design requires two large pipes, namely an inner jacket and an outer jacket, which naturally have to have different diameters.
  • Known percussion cylinders require relatively large compressed air reservoirs of about 3 liters, which requires a relatively large amount of air that is expensive to produce.
  • the ring accumulator thus extends over the entire length of the piston chamber, i.e. encloses the cylinder chamber circumferentially, a relatively large area around the inner piston chamber is necessary for the ring accumulator, which means that there is a relatively large lateral distance or gap between two adjacent impact cylinders conditionally and why the storage volume is also very large.
  • the invention is based on the object of at least partially avoiding the disadvantages described and, in particular, of providing a percussion cylinder which is of simple construction and works particularly efficiently.
  • this is done by a preferably sealing flange, which forms a partition wall between the piston chamber and the compressed air chamber, being arranged at a rear end of the piston skirt, that the compressed air reservoir is arranged behind the flange and that a flange opening of the flange has a - guide tube is arranged, which extends from the flange opening to a rear end of the compressed air reservoir.
  • a sealing flange is arranged between a piston jacket enclosing the piston chamber and a compressed air reservoir jacket enclosing the compressed air reservoir, which therefore separates the piston chamber from the compressed air reservoir, so that the compressed air reservoir is located directly extends behind this flange, quasi in continuation of the piston chamber to the rear.
  • a flange opening penetrating the flange is preferably provided in the center, in which a feed tube is arranged or seated ie extends from this flange opening to a rear end of the compressed air reservoir.
  • the feed pipe thus has approximately the length of the compressed air reservoir in the longitudinal direction.
  • the compressed air flows in through the connection and presses the control membrane forwards against the feed tube and, after the rear end of the feed tube has been closed, then presses its way through the outer peripheral edge between the control membrane and the rear impact cylinder plate or the cylinder cover into the compressed air reservoir immediately behind it.
  • the feed tube thus acts as a contact surface for the elastic control membrane when pressure is applied, ie it supports the control membrane when the compressed air accumulator is being filled.
  • connection is depressurized, which is done in the simplest case by opening a valve.
  • the rear side of the control membrane now rests against a bulging inner surface of the rear impact cylinder plate/cylinder cover and thus suddenly opens up access through the feed tube, so that the compressed air can flow through the feed tube into the piston chamber and the impact occurs Advancing the piston can trigger.
  • the compressed air reservoir is therefore no longer arranged circumferentially around the piston skirt, but rather along the longitudinal axis of the percussion cylinder immediately behind the piston chamber, specifically separated by the sealing flange that seals the piston chamber at the rear end.
  • the compressed air is no longer stored in a ring accumulator or external compressed air accumulator as in the prior art, but in the immediate vicinity of the control membrane.
  • This shortening of the paths for the fluid, in particular the compressed air enables a smaller and lighter design of the percussion cylinder with the same performance. Or to put it another way: while retaining the same size, the percussion cylinder is more powerful than in the prior art.
  • the volume within the compressed air reservoir can be easily influenced and changed.
  • a larger supply pipe also ensures that the fluid, preferably compressed air, flows more quickly from the compressed air reservoir into the rear chamber when the impact is triggered.
  • the impact energy to be achieved by the impact cylinder depends on the time in which the air can flow from the compressed air reservoir into the rear chamber of the piston chamber. If the air takes too long, the piston has already arrived at the front ram at low speed and the slow compressed air then only flows in because the paths for the compressed air are relatively long in the prior art. In the state of the art, hoses are sometimes required for connection to external compressed air storage, and the same problem can occur.
  • the feed pipe extending backwards from the flange opening implements the shortest path for the compressed air with large free cross-sections. Since the diameter of the feed pipe can be 30 to 50 percent, in particular 33 percent, of the diameter of the compressed air reservoir, the fluid or When the impact is triggered, the air flows much faster into the rear chamber of the piston chamber, so that the piston is accelerated to the required target speed within a shorter time. Therefore, compared to the prior art, the anterior chamber can be shortened by up to 10 percent with the same performance entire percussion cylinder shortened and this in turn made lighter .
  • the piston can thus be accelerated to a predetermined speed in a shorter time with compressed air content, which shortens the front chamber and thus shortens the structure and makes it lighter.
  • the compressed air reservoir is therefore significantly smaller in the invention compared to the prior art, preferably 80 to 90 percent smaller. Since multiple beats are to take place in the shortest possible time, a smaller memory ensures shorter filling times, which enables smaller beat intervals.
  • the outer casing had to be made of stainless steel because of the necessary strength.
  • the piston and the compressed air storage casing i.e. the casing surrounding the compressed air storage unit, are made from identical material, particularly preferably from a light aluminum tube with the same diameter and the same wall thickness, particularly preferably with an outer diameter of 105 mm and a wall thickness of 2.4 mm for all power ranges.
  • the performance is varied by changing the length of the compressed air reservoir. This is much easier than changing other components.
  • the design according to the invention allows the weight of an impact cylinder to be reduced by up to 60 percent with the same performance.
  • a typical percussion cylinder no longer weighs 25 kilos as it used to, but now only 15 kilos. This makes a significant difference when transporting and installing the percussion cylinder, because sometimes 500 such cylinders have to be installed on the outside of a boiler.
  • the front impact cylinder plate and rear impact cylinder plate sometimes also simply called “flanges", which are held together with the screw bolts, can thus have a smaller diameter, which in turn results in a weight reduction.
  • the impact cylinders according to the invention can thus be mounted in series with very small distances from one another on boiler walls.
  • the smaller diameter also improves accessibility. If the impact cylinders are used in series, hundreds of these cylinders can be installed.
  • a particular advantage of the invention can be seen in the fact that instead of four seals as before, only two seals are required for the axial sealing of the compressed air reservoir at the front end facing the piston chamber and at the rear end facing the valve. This combined simplifies the assembly and testing time and reduces the susceptibility to errors.
  • a further advantage of the design according to the invention is that there are no seals between the front impact cylinder plate and the piston skirt and at the rear end between the piston skirt and the rear impact cylinder plate.
  • the compressed air reservoir is sealed at the front via a sealing lip projecting radially outwards on the outer peripheral edge of the flange and at a rear end via a sealing ring or the like used on the cylinder cover.
  • a fluid-permeable membrane support at a rear end of the feed tube.
  • This membrane support increases the contact surface for the control membrane and prevents the elastic membrane from being pushed or pulled in into the rear opening of the feed pipe even better when the compressed air reservoir is being filled.
  • the diaphragm support thus functions as an additional contact surface for the elastic control diaphragm when pressure is applied.
  • the membrane support is designed in such a way that it allows the fluid to flow through easily, for which purpose it is designed in the form of a lattice or sieve.
  • the area of the openings in the membrane support is particularly preferably 80 to 90 percent of the total area of the membrane support.
  • the control membrane is preferably seated in a membrane seat of the rear percussion cylinder plate/of the cylinder cover, which is preferably designed as a depression or a shoulder adapted to the size of the control membrane.
  • a rear pressure chamber is preferably formed in the rear percussion cylinder plate by forming a recess or curvature adjoining the membrane seat to the rear, which pressure chamber can be closed by the control membrane seated in the membrane seat.
  • the membrane support is preferably designed in the manner of a sieve, that is to say with a plurality of holes. So that the fluid can flow through the membrane support particularly well, the size of the passages or holes is significantly larger than the closed area of the membrane support, and the holes particularly preferably make up about 90 percent of the total area of the membrane support.
  • the membrane support is placed on a collar at the rear end of the feed tube, in particular a collar that protrudes radially outwards in a ring shape, on which the outer tipping surface of the membrane support rests or is set.
  • seals between the control membrane and the feed tube are realized when the feed tube has a sealing lip for abutting against a diaphragm front side of the control diaphragm.
  • This sealing lip is preferably formed around the circumference of the collar and extends further to the rear in the longitudinal direction, so that the sealing lip extends over the surface of the diaphragm support or of the collar protrudes and the control membrane can act together with the sealing lip to create a good seal .
  • the sealing lip can consist of an elastic material, which improves the tightness between the control membrane and the sealing lip.
  • this can be done by manufacturing it using a 2-component plastic injection molding process.
  • piston jacket which encloses the piston chamber
  • compressed air jacket which encloses the compressed air reservoir
  • the preferred material is aluminum for weight reasons.
  • the two lateral surfaces which are preferably designed as pipe sections of different lengths, namely a longer pipe section for the piston chamber and a shorter pipe section for the compressed air reservoir, have the identical diameter and the identical wall thickness.
  • Sufficient is e.g. B. a wall thickness of 2.5 mm.
  • percussion cylinders are usually attached to the outside of a wall, e.g. B. arranged on the wall of a combustion chamber, with the impact cylinder then hitting a relatively movable rod mounted in the wall in the axial direction with its anvil or the striking rod, which in turn acts on the front side against a plate, a block or the like in the collector of a combustion chamber .
  • a relatively movable rod mounted in the wall in the axial direction with its anvil or the striking rod, which in turn acts on the front side against a plate, a block or the like in the collector of a combustion chamber .
  • several percussion cylinders can be arranged on a carriage which can be moved to different locations in relation to the stationary wall.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section of a first embodiment of the percussion cylinder according to the invention with a percussion rod when the reservoir is being filled with a working fluid in the starting position;
  • FIG. 2 shows the percussion cylinder according to FIG. 1 with the reservoir filled
  • FIG. 3 shows the percussion cylinder according to FIG. 1 in percussion position
  • FIG. 4 shows an isometric longitudinal section of a second embodiment of a percussion cylinder with an anvil in the starting position.
  • the proposed percussion cylinder essentially consists of a cylindrical piston skirt 2 surrounding a longitudinal axis, which surrounds a piston chamber 4 and is closed at its front end by a front percussion cylinder plate 6 and at its rear end by a flange 18, behind which is then arranged a compressed air storage casing 22, which is then closed at the rear by a rear percussion cylinder plate 8.
  • a fluid preferably compressed air, can be supplied to the percussion cylinder via a compressed air connection 10 .
  • a percussion rod 26 is guided in a longitudinally displaceable manner by means of one or more slide bearings, which is attached to a piston 14 at a rear end and protrudes from the front percussion cylinder plate 6 with a front end.
  • a front sleeve 30 encloses a through-opening for the percussion rod 26 in the front percussion cylinder plate 6 at a radial distance to form an annular space.
  • a compression spring 24 which extends between the wall sleeve 30 and a piston 14 and encloses the striker rod 26 , is seated in this annular space between the wall sleeve 30 and the passage opening.
  • This piston 14 is guided in a longitudinally displaceable manner within the piston chamber 4 via plain bearings and can also be sealed against the piston jacket 2 in a sealing manner via a sealing ring arranged in an outer peripheral groove of the piston 14 .
  • an anvil 40 is arranged in the front plate 6 so that it can be displaced longitudinally, and the piston 14 hits this anvil when the percussion is triggered.
  • the piston 14 can have a bore in the center of its front side, in which a mandrel 38 is accommodated, e.g. B. welded , pressed or glued .
  • the mandrel 38 which has a smaller cross-section than the bore, serves to fix the compression spring 24, which extends between the piston 14 and a radially projecting collar 41 on the inner end of the anvil 40 facing the piston chamber 4 and which acts as a return spring for the piston 14 serves .
  • the compression spring 24 thus extends between the mandrel 38 in the front side of the piston 14 and a mandrel that protrudes radially Collar 40a on the anvil 40, which is received in a through opening in the front percussion cylinder plate 6 so that it can be displaced longitudinally.
  • the piston 14 divides the piston chamber 4 into a front chamber, which faces the front plate 6, and a rear chamber, which faces a—rear—compressed air accumulator 16.
  • This compressed air reservoir 16 is arranged in the axial direction behind the piston chamber 4 , specifically separated by a flange 18 which has a radially outwardly projecting sealing lip 20 on its outer peripheral edge.
  • This compressed air reservoir is circumferentially surrounded by a circular-cylindrical compressed air reservoir jacket 22 .
  • the compressed air reservoir 16 is sealed at the front end by the sealing lip 20 on the outer peripheral edge of the flange 18 and at the rear end by a sealing lip on the inside of the rear percussion cylinder plate 8 .
  • seals are no longer necessary in the piston chamber 4, ie neither at the front end nor at the rear end of the piston skirt 2 or around the percussion rod 26 or the anvil 40, which considerably simplifies construction and testing.
  • the piston jacket 2 and the compressed air storage jacket 22 of the compressed air storage device are made of the same material, namely an aluminum tube with an identical diameter and identical wall thickness, which extremely simplifies production.
  • a feed pipe 28 is arranged, which extends from the flange 18 and a preferably in the center and axially through this through-opening to the rear end of the compressed air reservoir 16, where it transitions into a slight radial widening to form a shoulder 29 projecting radially outwards.
  • the fluid-permeable membrane support 42 is arranged in this rear end of the feed tube 28 and in the step 29 formed on it, which in the present case is designed as a grid with a number of openings.
  • An elastic control membrane 32 which sits in a membrane seat 44 on the inside of the cylinder cover 8 , rests against the back of the feed tube 28 and this membrane support 42 , which covers the end but does not close it.
  • the control membrane 32 is a round, loose disc in the order of z. B. formed about 80 mm in diameter, which consists of a flexible material, such as fabric or fiber-reinforced rubber or flexible plastic.
  • the cylinder cover 8 has a membrane seat 44 shaped to the size of the control membrane 32 in the form of a shoulder on the inside of the cylinder cover 8 .
  • a curved recess is also formed in the cylinder cover 8 to form a rear pressure chamber 34 in the cylinder cover 8 .
  • the rear percussion cylinder plate 8 also sometimes referred to as the "cylinder cover" is screwed to the front plate 6 by means of several, in this case four, screw bolts 36 arranged circumferentially spaced apart from one another.
  • Figure 1 shows the percussion cylinder when filling the
  • Compressed air accumulator 16 via a to the compressed air connection 10 connected and not shown air line.
  • the compressed air represented by arrows flows through the compressed air connection 10 and the rear pressure chamber 34 past the peripheral edge between the diaphragm seat 44 into the compressed air reservoir 16 and fills it.
  • the elastic control membrane 32 is straight and lies against the rear end of the feed tube and closes it media-tight.
  • the compressed air accumulator 16 has reached a preset and optionally adjustable pressure.
  • the control membrane 32 is still in contact with the rear side of the feed tube 28 and closes it in a media-tight manner.
  • the impact cylinder is now ready for use.
  • control membrane 32 can deform and goes from the straight closed position shown in FIGS. 1 and 2 to the arched open position shown in FIG.
  • the tax membrane 32 free the rear end of the feed tube 28 so that the fluid or. the drive medium suddenly flows out of the compressed air reservoir through the diaphragm support 42 and the feed tube 28 into the piston chamber and also exerts pressure on the back of the piston 14, whereby the piston 14 against the spring force of the compression spring 24 against the shoulder 30 on the front plate 6 is thrown.
  • the compression spring 24 In the striking position, the compression spring 24 is fully tensioned and the compressed air compressed in the front chamber escapes via an outlet channel.
  • the compression spring 24 returns the piston 14 to the rear starting position, during which return the air compressed in the rear chamber escapes through a piston channel 46 which extends through the piston 14 from the front to the rear end.
  • the piston channel 46 can have a reduced cross-section in order to avoid an undesirably rapid outflow of the fluid from the compressed air reservoir 16 into the front chamber and a resulting reduction in the impact force when the impact is triggered.
  • the arrangement of the compressed air reservoir directly behind the piston chamber enables a significant reduction in the overall size of the percussion cylinder in terms of width and length, because there is no need for a second jacket surrounding the piston chamber and a shorter acceleration path for the piston until it hits the anvil or face plate.
  • the length of the percussion cylinder can also be reduced by 25 percent or more compared to the prior art.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schlagzylinder mit einem zylindrischen Kolbenmantel (2), der eine innere Kolbenkammer (4) umfänglich umschließt, einem in die Kolbenkammer (4) angeordneten und längsverschieblich zwischen einer vorderen Schlagposition und einer hinteren Ruheposition bewegbaren Kolben (14), einem in einer vorderen Schlagzylinderplatte verschieblich aufgenommenen Amboss (40), einer zwischen dem Amboss (40) und dem Kolben (14) angeordneten Druckfeder (24), einem Druckluftspeicher (16), einem Anschluss (10) zum Zuführen eines Fluids und mit einer Steuermembran (32) zum wahlweisen Befüllen des Druckluftspeichers (16) und Betätigen des Kolbens (14). Zur Vereinfachung des Aufbaus wird vorgeschlagen, dass ein abdichtender Flansch (18) an einem hinteren Ende des Kolbenmantels (2) vorgesehen ist, dass der Druckluftspeicher (16) hinter dem Flansch (18) angeordnet ist und dass an einer Flanschöffnung des Flansches ein Zuführrohr (28) vorgesehen ist, welches sich von der Flanschöffnung bis zu einem Hinterende des Druckluftspeichers 16 erstreckt.

Description

Schlagzylinder
Die Erfindung betrifft einen Schlagzylinder zur Reinigung von Öfen oder Wärmetauschern, insbesondere zur Beseitigung von Ablagerungen an den Einbauten .
Ein solcher Schlagzylinder umfasst einen zylindrischen Kol- benmantel, der eine innere Kolbenkammer umfänglich um- schließt , an einem Vorderende durch eine Vorderplatte oder durch eine vordere Schlagzylinderplatte und an einem Hinter- ende durch einen Zylinderdeckel oder durch eine hintere Schlagzylinderplatte verschlossen ist .
Relativbeweglich zu der stationären Kolbenkammer ist in die- ser ein Kolben angeordnet und entlang einer Längsachse längsverschieblich bewegbar zwischen einer vorderen Schlagposition und einer hinteren Ruheposition . Der Kolben unterteilt die Kolbenkammer in eine vordere, der vorderen Schlagzylinderplatte zugewandte Vorderkammer und eine der hinteren Schlagzylinderplatte zugewandte Hinterkammer .
Über einen Anschluss kann ein Fluid, vorzugsweise Druckluft , einem Druckluft Speicher zugeführt werden . Über eine elasti- sche Steuermembran, die ein Ventil bildet , wird in Abhängig- keit von der über den Anschluss aufgebrachten Druckluft ge- steuert , ob der Druckluft Speicher mit Druckluft befüllt oder der Kolben betätigt , also ein Schlag ausgeführt wird . In der vorderen Schlagzylinderplatte ist ein Amboss , eine Schlagstange oder dergleichen relativbeweglich aufgenommen, auf welcher der Kolben bei der Schlagauslösung in der Schlagposition auf schlägt . Nach dem Schlag bewegt eine durch den Schlag komprimierte Druckfeder, die sich zwischen der vorderen Schlagzylinderplatte und eine Vorderseite des Kol- bens in der Vorderkammer erstreckt , den Kolben wieder in die hintere Ruheposition .
Stand der Technik
Ein solcher Schlagzylinder ist beispielsweise aus dem Patent DE 10 2009 051 089 B4 der Vorläufergesellschaft der Anmelde- rin bekannt .
Der Schlagzylinder umfasst einen inneren, zylindrischen Kol- beninnenmantel, der eine innere Kolbenkammer umschließt , in der ein Kolben entlang einer Längsachse bewegbar gelagert ist zwischen einer vorderen Schlagposition sowie einer zu- rückbewegten Ruheposition . Der innere Kolbenmantel ist von einem, koaxial angeordneten, zylindrischen Kolbenaußenmantel eingefasst oder umschlossen, so dass zwischen dem Kolbenin- nenmantel und dem Kolbenaußenmantel ein Ringraum gebildet ist , der als Ringspeicher fungiert . Die Druckluft strömt durch einen Anschluss an einer flexiblen Steuermembran vor- bei, welche dabei den Zugang zu der Kolbenkammer ver- schließt , vorbei in den umgebenden Ringspeicher .
Der Druckluft Speicher dient dazu, dass zunächst über den Anschluss einströmende Fluid, vorzugsweise Druckluft , aufzu- nehmen und zu sammeln und sodann nach Freigabe eines Schlags durch das Verschlussventil mit der Steuermembran, unmittel- bar in die Hinterkammer der Kolbenkammer einströmen zu las- sen, um somit den Kolben unter Komprimierung der Druckfeder gegen den Amboss in der vorderen Schlagzylinderplatte zu schleudern, sodass beim Aufprall der Schlag ausgelöst wird . Sodann wird der Kolben über die Druckfeder zurück in das hintere Ende der Kolbenkammer bis zur hinteren Ruheposition bewegt . Sodann beginnt der Prozess von neuem und der Druck- luftspeicher wird wieder mit Fluid, vorzugsweise Druckluft gefüllt .
Beim Auslösen eines Schlags , entweicht die Luft am An- schluss . Dabei verändern sich die Druckverhältnisse derart , dass sich die Steuermembran verformt und den Zugang zu der Hinterkammer der Kolbenkammer freigibt . Gleichzeitig ver- sperrt die Steuermembran der sich in dem als Ringspeicher ausgebildeten Druckluft Speicher befindlichen Druckluft den Ausgang über den Anschluss . Die Verformung der Steuermembran gibt gleichzeitig den Weg in eine Hinterkammer der Kolben- kammer frei . Die Druckluft aus dem Druckluft Speicher ent- weicht somit beim Auslösen schlagartig in die Hinterkammer der Kolbenkammer und treibt den Kolben gegen eine Druckfeder nach vorne, welche zwischen dem Kolbenvorderende und einem Schlagbolzen am Vorderende des Schlagzylinders eingespannt ist .
Ein solcher Schlagzylinder wird beispielsweise zum Entfernen von Rauchgasrückständen an Rauchgasreinigungsanlagen einge- setzt , wozu der Schlagzylinder außenseitig auf einem Rauch- gaskanal angeordnet wird und der Schlagzylinder mit seiner Schlagstange oder seinem Amboss Schläge auf die Außenseite des Rauchgaskanals ausführt , um somit abgesetzte Beläge von der Innenseite abzulösen, welche den Wirkungsgrad von Anla- gen erheblich reduzieren .
Stand der Technik anderer Art ist offenbart in DE 10 201 034 844 A 1 und DE 38 19 112 A 1.
Nachteile am Stand der Technik
Die beschriebene Bauform erfordert den Innenmantel und die- sen umschließenden Außenmantel zur Erzeugung des Ringraums .
Da die beiden Mäntel unterschiedliche Durchmesser aufweisen ist der Aufbau relativ komplex . Insofern erfordert die be- kannte Bauform also zwei große Rohre, nämlich einen Innen- mantel und einen Außenmantel, die naturgemäß unterschiedli- che Durchmesser aufweisen müssen .
Bekannte Schlagzylinder erfordern relativ große Druckluft- speicher von etwa 3 Litern, was eine relativ große Luftmenge bedingt , die in der Herstellung teuer ist . Für das Zusammen- halten der vorderen und hinteren Schlagzylinderplatte gegen den Luftdruck innerhalb des die Kolbenkammer umgebenden Luftdruckringspeichers werden i . d . R . lange Schraubenbolzen verwendet . Da sich der Ringspeicher aber somit über die ge- samte Länge der Kolbenkammer erstreckt , die Zylinderkammer also umfänglich umschließt , ist ein relativ großer Bereich um die innere Kolbenkammer für den Ringspeicher notwendig, was einen relativ großen seitlichen Abstand oder Spalt zwi- schen zwei angrenzenden Schlagzylindern bedingt und weshalb das Speichervolumen ist ebenfalls sehr groß .
Da eine große Druckluftmenge eine lange Kompressor- Einschaltdauer und Füllzeit erfordert , ist ein großer Druck- luftspeicher aber wenig energieeffizient . In der Praxis wer- den deshalb mitunter Verdrängungskörper zur Volumenreduzie- rung in dem Druckluft Speicher eingesetzt .
Ein großes Speichervolumen erfordert aber stets eine große Luftmenge, deren Bereitstellung teuer und zeitaufwendig ist . Ferner benötigt die aus dem Stand der Technik bekannt Bau- form insgesamt vier Dichtungen, die stets auf korrekte Funk- tionsfähigkeit geprüft werden müssen und allgemein fehleran- fällig sind .
Mitunter werden im Stand der Technik auch Schlagzylinder mit externen Druckluft speichern und zwischengeschalteten Ab- sperrventilen eingesetzt , deren Aufbau aber deshalb relativ komplex ist und die deshalb auch schwer zu montieren sind . Werden hunderte von Schlagzylindern an einer Anlage verbaut , was nicht unüblich ist , ist der Aufwand unverhältnismäßig hoch . Aufgrund der verlängerten Wegstrecken, die das Fluid aus dem Druckluft Speicher bei der Schlagauslösung zurückle- gen muss , weisen diese durchweg eine geringere Leistung auf .
Aufgabe
Ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nach- teile zumindest teilweise zu vermeiden und insbesondere ei- nen einfach aufgebauten und besonders effizient arbeitenden Schlagzylinder bereitzustellen .
Erfindung
Diese Aufgabe wird bereits durch den unabhängigen -Anspruch gelöst ; bevorzugte, aber nicht zwingende Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen wiedergegeben .
In der abstraktesten Ausführungsform erfolgt dieses , indem ein vorzugsweise abdichtender Flansch, der eine Trennwand zwischen Kolbenkammer und der Druckluftkammer bildet , an einem hinteren Ende des Kolbenmantels angeordnet ist , dass der Druckluft Speicher hinter dem Flansch angeordnet ist und dass innerhalb einer Flanschöffnung des Flansches ein Zu- führrohr angeordnet ist , das sich von der Flanschöffnung bis zu einem Hinterende des Druckluft Speichers erstreckt .
Die Erfindung löst die Aufgabe insofern bereits dadurch, dass ein abdichtender Flansch zwischen einem die Kolbenkam- mer umschließenden Kolbenmantel und einem den Druckluft Spei- cher umschließenden Druckluftspeichermantel angeordnet ist , der also die Kolbenkammer vom dem Druckluft Speicher trennt , so dass sich der Druckluft Speicher unmittelbar hinter diesem Flansch erstreckt , quasi in Fortführung der Kolbenkammer nach hinten . Innerhalb des Flansches ist vorzugsweise mittig eine den Flansch durchdringende Flanschöffnung vorgesehen, in welcher ein Zuführrohr angeordnet ist oder sitzt , dass sich also von dieser Flanschöffnung bis zu einem Hinterende des Druckluft Speichers erstreckt . Das Zuführrohr weist also in etwa die Länge des Druckluft Speichers in Längsrichtung auf .
Beim Befüllen des Druckluft Speichers strömt die Druckluft somit durch den Anschluss ein und drückt die Steuermembran nach vorne gegen das Zuführrohr und drückt sich nach Ver- schließen des hinteren Endes des Zuführohrs sodann am äuße- ren Umfangsrand zwischen Steuermembran und der hinteren Schlagzylinderplatte oder dem Zylinderdeckel hindurch in den unmittelbar dahinterliegenden Druckluft Speicher . Das Zuführ- rohr fungiert also als Anlagefläche für die elastische Steu- ermembran bei aufgebrachtem Druck, stützt also die Steuer- membran beim Befüllen des Druckluft Speichers .
Zum Auslösen eines Schlags wird der Anschluss drucklos ge- stellt , was im einfachsten Fall durch Öffnen eines Ventils erfolgt . Die Steuermembran legt sich nunmehr mit ihrer Memb- ranhinterseite gegen eine ausgewölbte Innenfläche der hinte- ren Schlagzylinderplatte/ des Zylinderdeckels an und gibt somit schlagartig den Zugang durch das Zuführrohr frei, so- dass die Druckluft durch das Zuführrohr in die Kolbenkammer einströmen und den Schlag durch Vorantreiben des Kolbens auslösen kann .
Erfindungsgemäß ist der Druckluft Speicher somit nicht mehr umfänglich um den Kolbenmantel herum angeordnet , sondern entlang der Längsachse des Schlagzylinders unmittelbar hin- ter der Kolbenkammer, und zwar getrennt durch den abdichten- den Flansch, der die Kolbenkammer am hinteren Ende dichtend verschießt .
Bei der Erfindung wird die Druckluft also nicht mehr in ei- nem Ringspeicher oder externen Druckluft Speicher wie beim Stand der Technik gespeichert , sondern in unmittelbarer Nähe der Steuermembran . Diese Verkürzung der Wege für das Fluid, insbesondere die Druckluft , ermöglicht eine kleinere und leichtere Ausbildung des Schlagzylinders bei gleicher Leis- tung ist . Oder anders ausgedrückt : Bei Beibehaltung der Grö- ße ist der Schlagzylinder leistungsfähiger als beim Stand der Technik .
Durch entsprechende Gestaltung des Durchmessers des Zuführ- rohrs kann das Volumen innerhalb des Druckluft Speichers ein- fach beeinflusst und verändert werden . Gleichzeitig gewähr- leistet aber ein größeres Zuführrohr auch, dass das Fluid, vorzugsweise Druckluft bei der Schlagauslösung schneller aus dem Druckluft Speicher in die Hinterkammer einströmt .
Die von dem Schlagzylinder zu erreichende Schlagenergie hängt nämlich davon ab, in welcher Zeit die Luft aus dem Druckluft Speicher in die Hinterkammer der Kolbenkammer strö- men kann . Benötigt die Luft zu lange, ist der Kolben bereits mit geringer Geschwindigkeit am vorderseitigen Stößel ange- kommen und die langsame Druckluft strömt dann erst nach, weil die Wege für die Druckluft beim Stand der Technik rela- tiv lang sind . Mitunter werden beim Stand der Technik Schläuche zum Anschluss an externe Druckluft Speicher benö- tigt , wobei dasselbe Problem auftreten kann .
Häufig ist der freie Querschnitt zur Durchströmung der Luft bei Schläuchen und Ventilen zu klein .
Das sich von der Flanschöffnung nach hinten erstreckende Zuführrohr realisiert den kürzesten Weg für die Druckluft mit großen freien Querschnitten . Da der Durchmesser des Zu- führrohrs 30 bis 50 Prozent , insbesondere 33 Prozent des Durchmessers des Druckluft Speichers betragen kann, kann das Fluid bzw . die Luft bei der Schlagauslösung wesentlich schneller in die Hinterkammer der Kolbenkammer einströmen, so dass der Kolben innerhalb kürzerer Zeit auf die notwendi- ge Sollgeschwindigkeit beschleunigt wird . Deshalb kann die Vorderkammer gegenüber dem Stand der Technik um bis zu 10 Prozent bei gleicher Leistung verkürzt werden, was somit den gesamten Schlagzylinder verkürzt und diesen wiederum leich- ter gestaltet .
Erfindungsgemäß kann somit bei Druckluftinhalt der Kolben in einer kürzeren Zeit auf eine vorgegebene Geschwindigkeit beschleunigt werden, was die Vorderkammer verkürzt und damit den Aufbau verkürzt und leichter gestaltet .
Alle Maßnahmen zusammen bedingen also eine erhebliche Ge- wicht sreduktion um bis zu 60 Prozent und eine Verkürzung der Bauform um bis zu 10 Prozent .
Der Druckluft Speicher ist bei der Erfindung somit deutlich kleiner gegenüber dem Stand der Technik, vorzugsweise um 80 bis 90 Prozent kleiner . Da mehrfach Schläge in kürzester Zeit erfolgen sollen, sorgt ein kleinerer Speicher für klei- nere Füllzeiten, was kleinere Schlagintervalle ermöglicht .
Da der Druckluft Speicher deutlich kleiner ist müssen keine Verdrängungskörper zur künstlichen Volumenreduzierung einge- setzt werden .
Da das Volumen des Druckspeichers deutlich kleiner ist , ist aber gleichzeitig die Energieeffizienz deutlich besser als beim Stand der Technik .
Im Gegensatz zum Stand der Technik sind auch keine Verdrän- gungskörper und deren Befestigungen in dem Ringspeicher zur diesen künstlicher Größenreduzierung mehr erforderlich, was zu einer deutlichen Gewichtsreduktion führt .
Dieser Wegfall des Außenmantels für den äußeren Ringspeicher beim Stand der Technik bedeutet eine erhebliche Material- und somit auch Gewichtseinsparung .
Der Außenmantel musste beim Stand der Technik wegen der not- wendigen Festigkeit aus Edelstahl gefertigt werden .
Bei dem erfindungsgemäßen Schlagzylinder können der Kolben- mantel und der Druckluftspeichermantel, also der den Druck- luftspeicher umgebenden Mantel, aus identischem Material hergestellt werden, besonders bevorzugt aus einem leichten Aluminiumrohr gleichen Durchmessers und gleicher Wandstärke, besonders bevorzugt mit einem Außendurchmesser von 105 mm und einer Wandstärke von 2 , 4 mm bei allen Leistungsberei- chen . Eine Variation der Leistung erfolgt durch die Änderung der Länge des Druckluft Speichers . Dieses ist wesentlich ein- facher als die Änderung von anderen Bauteilen .
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann das Gewicht eines Schlagzylinders bei gleicher Leistung um bis zu 60 Prozent reduziert werden . Ein typischer Schlagzylinder wiegt also nicht mehr wie früher 25 Kilo, sondern nunmehr nur noch 15 Kilo . Dieses macht einen erheblichen Unterschied beim Transport und bei der Montage des Schlagzylinder, weil mit- unter 500 derartige Zylinder außenseitig an einem Kessel montiert werden müssen .
Die vordere Schlagzylinderplatte und hintere Schlagzylinder- platte, mitunter auch einfach „Flansche" genannt , die mit den Schraubenbolzen zusammengehalten werden, können somit einen kleineren Durchmesser aufweisen, was wiederum eine Gewichtsreduktion bewirkt .
Wegen des geringeren Außendurchmessers können die erfin- dungsgemäßen Schlagzylinder somit in Reihe mit sehr geringen Abständen zueinander an Kesselwänden montiert werden . Der kleinere Durchmesser verbessert zudem die Zugänglichkeit . Wenn die Schlagzylinder in Reihe eingesetzt werden, können hunderte dieser Zylinder verbaut werden .
Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass anstelle von zuvor vier Dichtungen nun lediglich zwei Dichtungen zur axialen Abdichtung des Druckluft Speichers am vorderen, zur Kolbenkammer gerichteten, und am hinteren, dem Ventil zugewandten Ende, erforderlich sind . Dieses verein- facht die Montage- und Prüfzeit und reduziert die Fehleran- fälligkeit .
Da Druck nur in dem Druckluft Speicher aufgebaut wird, muss die eigentliche Kolbenkammer des Schlagzylinders nicht mehr abgedichtet werden . Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemä- ßen Ausbildung ist insofern, dass Dichtungen zwischen der vorderen Schlagzylinderplatte und dem Kolbenmantel sowie am hinteren Ende zwischen Kolbenmantel und der hinteren Schlag- zylinderplatte entfallen .
Bei der Erfindung muss nur der Druckluft Speicher abgedichtet sein, weil nur in diesem Bereich beim Befüllen über einen gewissen Zeitraum Druckluft gespeichert werden muss . In der einfachsten und besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Druckluft Speicher vorderseitig über ein an dem äußeren Umfangsrand des Flansches , radial nach außen ragende Dicht- lippe abgedichtet und an einem Hinterende über ein an dem Zylinderdeckel eingesetzten Dichtring oder dergleichen .
Noch höhere Drück- und damit höhere Schlagkräfte, somit eine höhere Leistung lassen sich realisieren, indem an einem hin- teren Ende des Zuführrohrs eine fluiddurchlässige Membran- stütze vorgesehen ist . Diese Membranstütze vergrößert die Anlagefläche für die Steuermembran und verhindert noch bes- ser ein möglicherweise auftretendes Hereindrücken oder Her- einziehen der elastischen Membran in die hintere Öffnung des Zuführrohrs beim Befüllen des Druckluft Speichers . Die Memb- ranstütze fungiert also als weitere Anlagefläche für die elastische Steuermembran bei aufgebrachtem Druck . Die Memb- ranstütze ist aber so ausgebildet , dass diese das Hindurch- strömen des Fluids gut ermöglicht , wozu diese gitter- oder siebartig ausgebildet ist .
Besonders bevorzugt beträgt die Fläche der Öffnungen in den Membranstütze 80 bis 90 Prozent der Gesamtfläche der Memb- ranstütze . So kann beim Öffnen der Steuermembran zum Auslö- sen eines Schlags das Fluid schlagartig durch diese fluid- durchlässige Membranstütze in das hintere Ende des Zuführ- rohrs einströmen und durch das Zuführrohr und den Flansch hindurch in die Kolbenkammer einströmen, um den Schlag aus- zulösen .
Die Steuermembran sitzt vorzugsweise in einem Membransitz der hinteren Schlagzylinderplatte/des Zylinderdeckels , der vorzugsweise als Absenkung oder an die Größe der Steuermemb- ran angepasste Absatz ausgebildet ist . Radial außenseitig zwischen dem Innenrand des Membransitzes und dem Außenrand der in diesen eingesetzten Steuermembran strömt die Druck- luft beim Befüllen des Druckluft Speichers vorbei .
Vorzugsweise wird in der hinteren Schlagzylinderplatte durch Ausbildung einer sich nach hinten an den Membransitz an- schließenden Ausnehmung oder Wölbung ein hintere Druckkammer gebildet , der durch die in dem Membransitz sitzende Steuer- membran verschließbar ist .
Bevorzugt ist die Membranstütze siebartig ausgebildet , also mit mehreren Löchern . Damit das Fluid durch die Membranstüt- ze besonders gut durchströmen kann, ist die Größe der Durch- lässe oder Löcher wesentlich größer als die verschlossene Fläche der Membranstütze, besonders bevorzugt machen die Löcher etwa 90 Prozent der Gesamtfläche der Membranstütze aus .
Zur Realisierung eines guten Halts und einer sauberen Anlage der Steuermembran an der Membranstütze beim Befüllen des Druckluft Speichers ist die Membranstütze auf einem Bund am hinteren Ende des Zuführrohrs aufgesetzt , insbesondere einem ringförmig radial nach außen abragenden Bund, auf welchem die äußere Umlagefläche der Membranstütze aufsitzt oder ein- gesetzt ist .
Besonders gute Abdichtungen zwischen der Steuermembran und dem Zuführrohr werden realisiert , wenn das Zuführrohr eine Dichtlippe zur Anlage gegen eine Membranvorderseite der Steuermembran aufweist . Bevorzugt ist diese Dichtlippe um- fänglich umlaufend an dem Bund ausgebildet und erstreckt sich in Längsrichtung weiter nach hinten, sodass die Dicht- lippe über die Fläche der Membranstütze bzw . des Bundes her- vorragt und die Steuermembran so gut dichtend mit der Dicht- lippe zusammen agieren kann .
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Dichtlippe aus einem elastischen Material bestehen, welches eine Verbesserung der Dichtigkeit zwischen Steuermembran und Dichtlippe realisiert . Bei der Herstellung des Zuführrohrs aus Kunststoff kann dieses durch Herstellung im 2K- Kunst stof f sprit zgussver fahren erfolgen .
Ein besonderer Vorteil liegt darin, dass der Kolbenmantel, welcher die Kolbenkammer umfänglich umschließt , und der Druckluftmantel, welcher den Druckluft Speicher umfänglich umschließt , aus demselben Material gefertigt sein können und dieses vorzugsweise auch sind . Das bevorzugte Material ist aus Gewichtsgründen Aluminium .
Ferner weisen die beiden Mantelflächen, die vorzugsweise als Rohrstücke unterschiedlicher Länge ausgebildet sind, nämlich einem Rohrstück längerer Länge für die Kolbenkammer, sowie einem Rohrstück geringerer Länge für den Druckluft Speicher, den identischen Durchmesser und die identische Wandstärke auf . Ausreichend ist z . B . eine Wandstärke von 2 , 5 mm .
In der Praxis werden üblicherweise mehrere solcher Schlagzy- linder außenseitig an einer Wand, z . B . der Wand eines Feuer- raums angeordnet , wobei der Schlagzylinder in Axialrichtung dann mit seinem Amboss oder der Schlagstange auf eine rela- tivbeweglich in der Wand gelagerte Stange stößt , die ihrer- seits stirnseitig gegen Platte, einen Klotz oder dergleichen in dem Sammler eines Feuerraums wirkt . Bei einer anderen Ausführungsform können mehrere Schlagzy- linder auf einem Fahrwagen angeordnet sein, der im Verhält- nis zu der stationären Wand an verschiedene Stellen bewegbar ist .
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung lassen sich dem nachfolgenden Teil der Beschreibung entneh- men, in dem ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfin- dungsgemäßen Schlagzylinders näher erläutert ist . Alle hier gezeigten Merkmale seien einzeln und unabhängig von der kon- kreten Kombination in der Ausführungsform offenbart . Es zei- gen :
Figur 1 einen Längsschnitt einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schlagzylinders mit Schlagstange beim Befüllen des Speichers mit einem Arbeitsfluid in Ausgangstellung;
Figur 2 den Schlagzylinder gemäß Figur 1 bei gefülltem Speicher;
Figur 3 den Schlagzylinder gemäß Figur 1 in Schlagstel- lung; und
Figur 4 einen isometrischen Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform eines Schlagzylinders mit Amboss in der Ausgangsstellung .
Demnach besteht der vorgeschlagene Schlagzylinder im Wesent- lichen aus einem zylindrischen und um eine Längsachse um- fänglich umschießenden Kolbenmantel 2 , der eine Kolbenkammer 4 umfänglich umschließt und an seinem Vorderende durch eine vordere Schlagzylinderplatte 6 und an seinem Hinterende durch einen Flansch 18 verschlossen ist , hinter dem dann ein Druckluftspeichermantel 22 angeordnet ist , der dann hinter- seitig durch eine hintere Schlagzylinderplatte 8 verschlos- sen ist . Über einen Druckluftanschluss 10 kann dem Schlagzy- linder ein Fluid, vorzugsweise Druckluft , zugeführt werden . In der vorderen Schlagzylinderplatte 6, mitunter auch als Boden bezeichnet , ist mittels einer oder mehrere Gleitlager, eine Schlagstange 26 längsverschieblich geführt , die mit einem Hinterende an einem Kolben 14 befestigt ist und mit einem Vorderende aus der vorderen Schlagzylinderplatte 6 hervorsteht .
Eine Vorderhülse 30 umschließt in einem radialen Abstand eine Durchgangsöffnung für die Schlagstange 26 in der vorde- ren Schlagzylinderplatte 6 zur Bildung eines Ringraums . In diesem Ringraum zwischen Wandhülse 30 und Durchgangsöffnung sitzt eine Druckfeder 24 , welche sich zwischen der Wandhülse 30 und einem Kolben 14 erstreckt und die Schlagstange 26 umschließt .
Dieser Kolben 14 ist innerhalb der Kolbenkammer 4 über Gleitlager längsverschieblich geführt und kann zudem über einen in einer äußeren Umfangsnut des Kolbens 14 angeordne- ten Dichtring dichtend gegenüber dem Kolbenmantel 2 abge- dichtet sein .
Bei der alternativen Ausführungsform gemäß Figur 4 ist An- stelle der Schlagstange 26 ein Amboss 40 längsverschieblich in der Vorderplatte 6 angeordnet , auf welchen der Kolben 14 bei der Schlagauslösung auf schlägt . Gemäß dem isometrischen Schnitt in Figur 4 kann der Kolben 14 mittig in seiner Vor- derseite eine Bohrung aufweisen, in der ein Dorn 38 aufge- nommen ist , z . B . geschweißt , gepresst oder geklebt ist . Der Dorn 38 mit geringem im Querschnitt als die Bohrung dient zur Fixierung der Druckfeder 24 , die sich zwischen dem Kol- ben 14 und einem radial abragenden Bund 41 an dem zur Kolbenkammer 4 gerichteten Innenende des Amboss 40 erstreckt und die als Rückstellfeder für den Kolben 14 dient . Bei dieser Ausführungsform er- streckt sich die Druckfeder 24 also zwischen dem Dorn 38 in der Vorderseite des Kolbens 14 und einem radial abragenden Bund 40a an dem Amboss 40 , der längsverschieblich aufgenom- men ist in einer Durchgangsöffnung in der vorderen Schlagzy- linderplatte 6 .
Der Kolben 14 unterteilt die Kolbenkammer 4 je nach relati- ver Stellung des beweglichen Kolbens 14 im Verhältnis zu der stationären Kolbenkammer 4 in eine Vorderkammer, die der Vorderplatte 6 zugewandt ist , sowie eine Hinterkammer, die einem - hinteren - Druckluft Speicher 16 zugewandt ist .
Dieser Druckluft Speicher 16 ist in Axialrichtung hinter der Kolbenkammer 4 angeordnet , und zwar getrennt durch einen Flansch 18 , der an seinem äußeren Umfangsrand eine radial nach außen ragende Dichtlippe 20 aufweist . Dieser Druckluft- speicher wird umfänglich umschlossen durch einen kreiszy- lindrischen Druckluftspeichermantel 22 .
Der Druckluft Speicher 16 ist am vorderseitigen Ende über die Dichtlippe 20 am äußeren Umfangsrand des Flansches 18 und an dem hinteren Ende durch eine Dichtlippe an der Innenseite der hinteren Schlagzylinderplatte 8 abgedichtet . Im Ver- gleich zum Stand der Technik sind also keine Dichtungen in der Kolbenkammer 4 mehr notwendig, also weder am Vorderende und am Hinterende des Kolbenmantels 2 noch um die Schlagstange 26 oder den Amboss 40 herum, was den Aufbau und die Prüfung erheblich vereinfacht .
Der Kolbenmantel 2 und der Druckluftspeichermantel 22 des Druckluft Speichers weisen bei der vorliegenden, bevorzugten Ausführungsform aus demselben Material gefertigt , nämlich aus einem Aluminiumrohr mit identischem Durchmesser und identischer Wandstärke, was die Fertigung extrem verein- facht .
An der Rückseite einer mittigen Durchgangsöffnung des somit als Trennwand fungierenden Flansches 18 ist ein Zuführrohr 28 angeordnet , welches sich von dem Flansch 18 und einem vorzugsweise mittig axial durch diesen erstreckende Durch- gangsöffnung bis zum hinteren Ende des Druckluft Speichers 16 erstreckt und dort in eine leichte radiale Verbreiterung zur Bildung eines radial nach außen ragenden Absatzes 29 über- geht . In dieses hintere Ende des Zuführrohrs 28 und den an diesem gebildeten Absatz 29 ist die fluiddurchlässige Memb- ranstütze 42 angeordnet , die vorliegend als Gitter mit meh- reren Öffnungen ausgebildet ist .
Gegen die Rückseite des Zuführrohrs 28 und diese endseitig abdeckende, aber nicht verschließende Membranstütze 42 liegt eine elastische Steuermembran 32 an, die in einem Membran- sitz 44 an der Innenseite des Zylinderdeckels 8 sitzt . Die Steuermembran 32 ist als runde, lose Scheibe in der Größen- ordnung von z . B . etwa 80 mm Durchmesser ausgebildet , die aus einem flexiblen Material besteht , beispielsweise aus gewebe- öder faserverstärktem Gummi oder aus flexiblem Kunststoff . Um die Steuermembran in ihrer mittigen Lage relativ zu dem Druckluftanschluss 10 und der Einlassöffnung zu halten, weist der Zylinderdeckel 8 einen an die Größe der Steuer- membran 32 ausgeformten Membransitz 44 in der Form eines Absatzes an der Innenseite des Zylinderdeckels 8 auf .
Nach hinten erstreckend von diesem Membransitz 44 ist in dem Zylinderdeckel 8 ferner noch eine gewölbte Ausnehmung zur Bildung einer hinteren Druckkammer 34 in dem Zylinderdeckel 8 ausgebildet .
Die hintere Schlagzylinderplatte 8 auch bisweilen als „Zy- linderdeckel" bezeichnet ist über mehrere, vorliegend vier umfänglich beabstandet zueinander angeordnete Schraubenbol- zen 36 mit der Vorderplatte 6 verschraubt .
Die Figur 1 zeigt den Schlagzylinder beim Befüllen des
Druckluft Speichers 16 über ein an den Druckluftanschluss 10 angeschlossene und nicht dargestellte Luftleitung . Die mit Pfeilen dargestellte Druckluft strömt durch den Druckluftan- schluss 10 und die hintere Druckkammer 34 an dem umfängli- chen Rand zwischen dem Membransitz 44 vorbei in den Druck- luftspeicher 16 hinein und befüllt diesen . Dabei ist die elastische Steuermembran 32 gerade und liegt an dem hinteren Ende des Zuführrohrs an und verschließt dieses mediendicht .
Gemäß Figur 2 hat der Druckluft Speicher 16 einen voreinge- stellten und wahlweise auch einstellbaren Druck erreicht . Die Steuermembran 32 liegt weiterhin an der Hinterseite des Zuführrohrs 28 an und verschließt dieses mediendicht . Der Schlagzylinder ist nun einsatzbereit .
Zum Auslösen eines in der Figur 3 dargestellten Schlags muss lediglich der Druck in dem Druckluftanschluss 10 reduziert werden, was im einfachsten Fall durch Öffnen eines Ventils erfolgen kann . Aufgrund des reduzierten Drucks kann sich die Steuermembran 32 an die Aushöhlung bzw . Innenseite der klei- nen, hinteren Druckkammer 34 an dem Zylinderdeckel 8 anle- gen, geht also von der in den Figuren 1 und 2 dargestellten und geraden Schließstellung in die in der Figur 3 darge- stellte, gewölbte Öf fnungsstellung über . Somit gibt die Steuermembran 32 das hintere Ende des Zuführrohrs 28 frei und die Druckluft strömt schlagartig aus dem Druckluft Spei- cher 16 durch das Zuführrohr 28 in die Kolbenkammer 4 und treibt den Kolben 14 nach vorne unter Komprimierung der Druckfeder 24 .
Zum Auslösen eines in Figur 3 dargestellten Schlags muss nur der Druck in dem Druckluftanschluss 10 reduziert werden, was im einfachsten Fall durch Öffnen eines Ventils erfolgt .
Aufgrund des reduzierten Drucks kann sich die Steuermembran 32 verformen und geht von der in den Figuren 1 und 2 darge- stellten geraden Schließstellung in die Figur 3 dargestell- te , gewölbte Öf fnungsstellung über . Damit gibt die Steuer- membran 32 das hintere Ende des Zuführrohrs 28 frei, sodass das Fluid bzw . das Antriebsmedium schlagartig aus dem Druck- luftspeicher durch die Membranstütze 42 und das Zuführrohr 28 in die Kolbenkammer einströmt und durch Druck auch auf die Rückseite des Kolbens 14 ausübt , wodurch der Kolben 14 gegen die Federkraft der Druckfeder 24 gegen den Absatz 30 an der Vorderplatte 6 geschleudert wird . In der Schlagstel- lung ist die Druckfeder 24 völlig gespannt und die in der Vorderkammer komprimierte Druckluft entweicht über einen Auslasskanal .
Nach dem Schlag stellt die Druckfeder 24 den Kolben 14 zu- rück in die hintere Ausgangsposition, wobei bei dieser Rück- stellung die in der Hinterkammer komprimierte Luft durch einen Kolbenkanal 46 entweicht , der sich vom vorderen bis zum hinteren Ende durch den Kolben 14 erstreckt . An seiner Eintrittsöffnung an dem hinteren Ende des Kolbens 14 weist kann der Kolbenkanal 46 einen reduzierten Querschnitt auf- weisen, um bei der Schlagauslösung ein ungewünscht rasches Ausströmen des Fluids aus dem Druckluft Speicher 16 in die Vorderkammer und eine dadurch bewirkte Reduzierung der Schlagkraft zu vermeiden .
Im Gegensatz zum Stand der Technik ermöglicht die Anordnung des Druckluft Speichers unmittelbar hinter der Kolbenkammer eine deutliche Reduzierung der Baugröße des Schlagzylinders in der Breite und in der Länge, weil kein die Kolbenkammer umgebender zweiter Mantel vorgesehen sein muss und ein kür- zerer Beschleunigungsweg für den Kolben bis zum Aufschlag auf den Amboss oder die Vorderplatte benötigt wird .
Ferner muss eine Abdichtung nunmehr nur noch am vorderen und hinteren Ende des Druckluft Speichers erfolgen, wohingegen die wesentlich längere Kolbenkammer an sich vorne und hinten nicht mehr abgedichtet sein muss . Aufgrund der kürzeren Wege und des großen Zuführrohrs kann das Fluid bei der Schlagaus- lösung schneller aus dem hinteren Druckluft Speicher in die Kolbenkammer strömen, wodurch die Beschleunigung des Kolbens schneller ist als beim Stand der Technik . Aus diesem Grund ist ein bis zu 10 Prozent geringerer Beschleunigungsweg not- wendig, also die Distanz zwischen der hinteren Ruheposition des Kolbens und dem Aufschlagspunkt auf die Vorderplatte .
Somit kann der Schlagzylinder auch in der Länge um 25 Pro- zent und mehr im Vergleich zum Stand der Technik verkürzt werden .
Bezugszeichenliste
2 Kolbenmantel
4 Kolbenkammer
6 vordere Schlagzylinderplatte
8 hintere Schlagzylinderplatte
10 Druckluft an Schlus s
12 Ambos s
14 Kolben
16 Druckluft Speicher
18 Flansch
20 Dicht lippe
22 Druckluft speichermantel
24 Druckfeder
26 Schlagstange
28 Zuführrohr
29 Absat z
30 Vorderhülse
32 Steuermembran
34 Druckkammer
36 Schraubenbolzen
38 Dorn
40 Ambos s
41 Bund
42 Membran st Üt ze
44 Membransit z
46 Kolbenkanal

Claims

Patentansprüche
1. Schlagzylinder mit einem zylindrischen Kolbenmantel
(2) , der eine innere Kolbenkammer (4) umfänglich um schließt , an einem Vorderende durch eine vordere
Schlagzylinderplatte (6) und an einem Hinterende durch eine hintere Schlagzylinderplatte (8) verschlossen ist, einem in der Kolbenkammer (4) angeordneten und entlang einer Längsachse längsverschieblich zwischen einer vor deren Schlagposition und einer hinteren Ruheposition beweglichen Kolben (14) , der die Kolbenkammer (4) un- terteilt in eine der vorderen Schlagzylinderplatte zu- gewandte Vorderkammer und eine der hinteren Schlagzy linderplatte zugewandte Hinterkammer, einem in der vor- deren Schlagzylinderplatte (6) relativbeweglich aufge- nommenen Schlagstange (26) , Amboss (40) , einer zwischen der vorderen Schlagzylinderplatte (6) und dem Kolben
(14) angeordneten Druckfeder (24) , einem Druckluft spei eher (16) , einem Anschluss (10) zum Zuführen eines Flu- ids, insbesondere Druckluft, sowie einer elastischen Steuermembran (32) zum wahlwei- sen Befüllen des Druckluft Speichers (16) und Betätigen des Kolbens (14) für eine Schlagauslösung,
DADURCH GEKENNZEICHNET, dass ein Flansch (18) an einem hinteren Ende des Kol- benmantels (2) angeordnet ist, dass der Druckluft spei eher (16) hinter dem Flansch (18) angeordnet ist, dass innerhalb einer Flanschöffnung des Flansches (18) ein Zuführrohr (28) angeordnet ist, das sich von der
Flanschöffnung in dem Flansch (18) bis zu einem Hinter ende des Druckluftspeichers (16) erstreckt.
2. Schlagzylinder nach Anspruch 1,
DADURCH GEKENNZEICHNET,
DASS an einem hinteren Ende des Zuführrohrs (28) eine fluiddurchlässige Membranstütze (42) ausgebildet ist.
3. Schlagzylinder nach Anspruch 2,
DADURCH GEKENNZEICHNET,
DASS die Membranstütze (42) gitter oder siebartig aus gebildet ist.
4. Schlagzylinder nach Anspruch 2 oder 3,
DADURCH GEKENNZEICHNET,
DASS die Membranstütze (42) auf einem Bund oder Absatz
(29) am Hinterende des Zuführrohres (28) aufgesetzt ist .
5. Schlagzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
DADURCH GEKENNZEICHNET,
DASS an dem Hinterende des Zuführrohres (28) eine
Dichtlippe zur Anlage gegen eine Vorderseite der Steu ermembran (32) ausgebildet ist.
6. Schlagzylinder nach Anspruch 5,
DADURCH GEKENNZEICHNET,
DASS die Dichtlippe die Membranstütze (42) umfänglich umschließt .
7. Schlagzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
DADURCH GEKENNZEICHNET,
DASS der Kolbenmantel (2) der Kolbenkammer (4) und ein
Druckluftspeichermantel (22) des Druckluft Speichers
(16) aus demselben Material gefertigt sind.
8. Schlagzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
DADURCH GEKENNZEICHNET,
DASS der Kolbenmantel (2) und der Druckluft speicherman tel (22) als Rohrstücke mit gleichem Durchmesser und gleicher Wandstärke ausgebildet sind.
9. Schlagzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
DADURCH GEKENNZEICHNET,
DASS nur der Druckluft Speicher (16) abgedichtet ist an einem an die Kolbenkammer (4) angrenzenden Vorderende und an einem Hinterende an der hinteren Schlagzylinder platte ( 8 ) .
10. Schlagzylinder nach Anspruch 9,
DADURCH GEKENNZEICHNET,
DASS die Abdichtung an dem Vorderende durch eine Dicht lippe (20) an dem Flansch (20) realisiert ist.
11. Schlagzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
DADURCH GEKENNZEICHNET,
DASS die hintere Schlagzylinderplatte (8) einen Memb- ransit z (44) zur Aufnahme der Steuermembran (32) auf- weist .
12. Schlagzylinder nach Anspruch 11,
DADURCH GEKENNZEICHNET,
DASS in der hinteren Schlagzylinderplatte (8) eine Aus- nehmung oder Wölbung vorgesehen ist, die bei eingesetz ter Steuermembran (32) eine Druckkammer (34) bildet .
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